Av David Brandt, PhD, teknikansvarig, Universal Robots
Ett intresse för robotsäkerhet
Om du är intresserad av robotsäkerhet för industrirobotar behöver du inte leta länge för att hitta filmer där industrirobotar stannar felfritt vid kollision med olika hinder – det kan vara allt från människor till vattenflaskor eller ballonger. Det vanliga budskapet är i stil med "se hur säker vår robot är". Även om dessa filmer kan vara något underhållande, sammanfattar de inte riktigt hela robotsäkerheten.
Varför är det inte tillräckligt att bara titta på känsligheten hos en säkerhetsfunktion för att bedöma säkerhetsnivån?
De dubbla aspekterna av robotsäkerhet
Jag vill här fokusera på två aspekter av robotsäkerhet: känslighet och tillförlitlighet.
Känslighet. Den kraft som krävs för att få roboten att stanna. För enkelhetens skull kan vi tänka på detta som en kraft som kan mätas i newton (att faktiskt mäta denna kraft är inte en trivial fråga eftersom den beror på flera faktorer, inklusive rörelsens hastighet, men låt oss ignorera det för tillfället).
Tillförlitlighet. Detta är sannolikheten för att funktionen som stoppar roboten fungerar som den ska. Det typiska måttet för detta är sannolikheten för farligt fel per timme (PFHd). Detta är en väletablerad term som har sitt ursprung i standarderna för funktionssäkerhet (ISO 13849-1 och IEC 61508-serien) och beskriver risken för att en säkerhetsfunktion fallerar på ett potentiellt farligt sätt.
Så även om vår ballongpumpande robot illustrerar känslighet, tar den inte upp den avgörande aspekten tillförlitlighet. Roboten fungerade säkert i det aktuella fallet, men kan vi lita på att den gör det även i morgon eller i övermorgon?
Dynamiken mellan känslighet och tillförlitlighet
Så om man inte bara kan titta på en film för att ta reda på "hur säker en robot är" (jag sätter det inom citationstecken, eftersom robotar i sig inte kan anses vara säkra eller inte, det kan bara avgöras för den slutliga tillämpningen), vad ska man då tänka på?
Faktum är att både känslighet och tillförlitlighet spelar en avgörande roll för säkerheten.
Känslighet kan nästan förenklas till en binär variabel. Antingen är en robot tillräckligt känslig för applikationen eller så är den inte det. En robot som stannar vid beröring av en fjäder är inte nödvändigtvis säkrare än en som stannar vid beröring av en vattenflaska, så länge båda åtgärderna inte orsakar skada. Den "säkra" känslighetsnivån för en robotapplikation måste fastställas som en del av riskbedömningen. ISO/TS 15066 ger vägledning om acceptabla kraftnivåer.
Tillförlitligheten, kvantifierad genom PFHd-värdet, bör å andra sidan helst vara så låg som möjligt. För de flesta tillämpningar av industrirobotar måste PFHd för säkerhetsfunktionerna vara mindre än 10-6 fel/timme, vilket motsvarar PLd enligt terminologin i ISO 13849-1 eller SIL 2 enligt IEC 61508. Observera att kravet på en PFHd på mindre än 10-6 fel/timme faktiskt gäller för hela säkerhetsfunktionen, så om någon extern säkerhetsutrustning behövs behöver du en robot med ett PFHd-värde som är tillräckligt bra för att hela applikationen ska hålla sig under 10-6 fel/timme även när du tar hänsyn till PFHd för den externa säkerhetsutrustningen. PFHd-värdena för de olika säkerhetsfunktionerna för roboten och eventuell extern utrustning finns i produktdokumentationen.
Kan hög känslighet vara en nackdel?
Intressant nog kan hög känslighet ibland äventyra säkerheten, trots att den ofta framhålls som en fördel. Eftersom detta påstående inte är helt intuitivt skulle jag vilja ägna lite tid åt att utveckla det.
Föreställ dig två olika robotar som i alla avseenden är identiska (samma nyttolast, räckvidd, PFHd-värden etc.), med undantag för känsligheten hos de kraftbegränsande säkerhetsfunktionerna. Där den ena roboten har en känslighet på 1N och den andra har en känslighet på 50N. Frågan är vilken som är säkrare i en verklig tillämpning?
Om vi beaktar värdena i ISO/TS 15066 kan vi se att båda robotarna är tillräckligt känsliga för att hålla sig inom riktlinjerna (ha överseende med att jag grovt förenklar saker här, men poängen är fortfarande giltig). Och om vi antar att PFHd-värdena för båda robotarna ligger under tröskelvärdet 10-6 fel/timme är den omedelbara slutsatsen att båda robotarna är tillräckligt säkra.
Den ultrakänsliga roboten kan dock få problem med "störande stopp" som orsakas av mindre störningar som en lös kabel eller en oavsiktlig beröring. Störande stopp i sig är egentligen inte ett säkerhetsproblem, problemet är hur det påverkar beteendet hos människorna runt roboten. Men störande stopp är verkligen irriterande för robotanvändaren (av goda skäl, de dödar produktiviteten), så de kan vara en tillräcklig källa till motivation för någon att försöka kringgå eller inaktivera säkerhetsfunktionen helt och hållet.
Generellt sett bör en väl utformad säkerhetsfunktion hitta en balans – den bör vara tillräckligt känslig för att garantera säkerheten men inte så känslig att den uppmuntrar arbetstagarna att kringgå den. De allra bästa säkerhetsfunktionerna är de som håller dig säker, utan att du någonsin märker det.
Så nästa gång du stöter på en film som visar en robots säkerhetsfunktion, kom ihåg att det finns mer att berätta. Säkerhet kräver eftertanke och förståelse. Det handlar inte om att roboten ska stanna vid blotta beröringen av en ballong, utan om att säkerställa att roboten konsekvent och tillförlitligt fungerar säkert i sin driftmiljö.
